水文地質過大斷層技術研究范文

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1礦井水文地質條件

1.1二疊系含水層、隔水層（1）石盒子組隔水層。該井田殘留厚度0～218.15m，以泥巖為主，粗、中、細砂巖占地層厚度38%，從巖性上看，基底式泥質膠結的砂礫本身失去了富水性機理。井田內該組地層基本上可視為隔水地層。（2）煤層頂底板砂巖含水層。對井田充水有影響的含水層主要為3煤層頂底板砂巖裂隙水。平均厚33.31m，抽水試驗鉆孔單位涌水量為0.00488～0.03418L/s•m，屬弱富水含水層。斷層破碎帶、節理發育帶等地段富水性較強。水質屬HCO3--Na+型水。

1.2太原組含水層、隔水層（1）山西組底至三灰頂隔水層。山西組底至三灰頂平均33m，主要為泥巖、粉砂巖，隔水性能良好。（2）三灰含水層。厚2.20～7.50m，平均4.90m，隱晶質結構，局部具裂隙。鉆孔單位涌水量0.00488～0.0238L/s•m，弱富水含水層。巷道多次揭露，涌水量穩定。（3）十下灰巖溶裂隙含水層。厚3.35～6.82m，平均厚5.00m。十下灰巖堅硬，巖溶裂隙發育不均一，鉆孔抽水試驗表明其富水性較弱。（4）17煤底板至奧灰間隔水層（段）。平均厚度44.10m，主要是泥巖、粉砂巖及薄層灰巖，能起隔水作用，但受斷層影響，間距縮短、巖石破碎。

1.3奧陶系石灰巖巖溶裂隙含水層奧陶系灰巖（簡稱奧灰）總厚大于800m，巖溶裂隙較發育，對奧灰抽水試驗表明奧陶系灰巖富水性弱～中等。

2工程概況

因回風暗斜井最先揭露嘉祥支三斷層，現以回風暗斜井施工為例。按照回風暗斜井施工設計，巷道至-400m水平變坡下山25°施工，施工下山90m，揭露嘉祥支三斷層，斷層產狀：20°∠55°，H=300m。嘉祥支三斷層下盤（-400m水平）奧陶系地層與斷層上盤（-760m水平）3煤地層對接。三條暗斜井在-400m水平布置在下石盒子組底界地層，穿過嘉祥支三斷層（由下盤進入上盤）進入上石盒子組上部地層。工程概況如圖1所示。

3充水因素分析

嘉祥支三斷層向上切至第四系底界，向下切穿二疊系、石炭系地層后至奧陶系灰巖，斷層切穿或波及的主要含水層有：第四系底界鈣質層巖溶、裂隙含水層，侏羅系孔隙、裂隙含水層，山西組砂巖孔隙、裂隙含水層，三灰巖溶裂隙水，奧陶系石灰巖巖溶裂隙含水層。

3.1有影響的主要含水層回風暗斜井巷道頂板上距第四系底界210m，第四系底界鈣質層水對巷道施工影響較小。巷道底板距奧陶系灰巖層法線距離120m，奧灰水水位標高+31.97～+32.68m，按突水系數計算公式：T=P/M式中，T為突水系數，MPa/m；P為底板隔水層承受的水壓，MPa；M為底板隔水層厚度，m。經計算，突水系數為0.0385MPa/m，小于0.06MPa/m，可見巷道不受奧灰水威脅。對巷道施工有影響的主要為侏羅系孔隙、裂隙含水層和山西組3煤頂板砂巖裂隙含水層。

3.2斷層導水性井田內斷層導水情況主要與斷層兩盤接觸部位的巖性有關。主要斷層嘉祥支三斷層、F1等，鉆孔揭露29孔點，無一鉆孔漏水現象，說明斷層在非含水層對接情況下是隔水的；含水層在斷層與非含水層對接條件下區域性規律為富水性低于正常含水層段。暗斜井在-400m水平布置在下石盒子組底界地層，巖石主要為泥巖夾粉砂巖薄層，巷道穿過嘉祥支三斷層進入上石盒子組上部地層，巖石主要為泥巖、粉砂巖，該區段嘉祥支三斷層應判為弱導水～不導水斷層。但嘉祥支三斷層落差大，斷層帶內裂隙發育，局部水文地質條件復雜。暗斜井施工時，必須按照“有疑必探、先探后掘”的原則超前探放水。

4過斷層措施

4.1井下水文地質補充勘探暗斜井施工前，開展了井下水文地質補充勘探。在-400m水平先后施工2組奧灰水文勘探鉆孔，安裝了孔口安全閘閥，開展了放水試驗。進一步查明-400m水平二疊系石盒子組地層至奧灰之間巖石性質、巖層厚度。通過對水壓、涌水量、水溫的觀測和水質分析，進一步掌握了奧灰水水文參數。

4.2加強巷道支護暗斜井施工接近嘉祥支三斷層時必須加強巷道支護，在正常區段施工時巷道斷面設計為直墻半圓拱形，錨桿支護。接近嘉祥支三斷層時在原錨桿支護的基礎上，采用錨索、錨桿聯合支護，錨桿與錨索間隔布置，錨索支護規格為直徑15.27mm，長6000mm，間排距1200mm，全斷面布置。施工過程中嚴格按裝藥量規定進行操作，放炮后要及時灑水降塵。同時根據施工情況及時對開裂的噴體進行清理，并補打錨桿、掛網。

4.3施工超前探水鉆孔礦井高分辨率三維數字地震勘探對該斷層勘探工程量小，考慮斷層平面位置擺動等因素，超前斷層位置80m開始施工探水鉆孔，按照探水—掘進—再探水—再掘進的方式，循環探水掘進。鉆孔布置技術參數：鉆孔按扇形布置，每循環設計施工3個鉆孔，鉆孔Ⅰ俯角10°，施工長度80m，終孔位置下距暗斜井巷道頂板20m；鉆孔Ⅱ俯角25°，施工長75m，平行巷道掘進方向；鉆孔Ⅲ俯角42°，施工長度80m，終孔位置上距暗斜井巷道底板25m。每循環允許掘進距離50m，超前距25m。探水時使用專用探水鉆機，預先固結套管安裝閘閥，嚴格按照相關規定進行探水作業。探水效果：在進行第二循環探水作業時，巷道底板探水鉆孔（鉆孔Ⅲ）出水，水量26m3/h，經水質化驗屬HCO3--Na+型水,對比分析為3煤頂板砂巖裂隙水。經疏放降壓，涌水量逐漸穩定在2m3/h左右，至回風暗斜井穿過嘉祥支三斷層，施工的其他探水鉆孔未發生出水現象。鉆孔布置如圖2所示。圖2超前探水鉆孔布置剖面圖

5結論

（1）通過分析對比井田水文地質條件和嘉祥支三斷層對盤地層關系，研究總結了暗斜井穿過嘉祥支三斷層掘進施工的充水因素，設計施工超前探水鉆孔，消除了水害威脅。（2）實踐證明，采取水文地質補充勘探、加強巷道支護和施工超前探水鉆孔等措施，確保了暗斜井安全順利穿過嘉祥支三斷層，為水文地質復雜區域巷道過大斷層提供了參考依據。

作者：王海峰王海茲徐玉震單位：山東煤礦安全監察局魯西監察分局江蘇煤礦安全監察局徐州監察分局山東煤礦安全監察局